深基坑工程施工圖設(shè)計(jì)

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l   深基坑工程施工圖設(shè)計(jì)是指在基坑總體方案確定以后，根據(jù)總體方案規(guī)定的原則進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)以供實(shí)施。主要包括確定基坑以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)各種幾何尺寸、進(jìn)行截面強(qiáng)度驗(yàn)算與配筋、選用合理的構(gòu)造與節(jié)點(diǎn)處理、形成施工圖紙與文字說明。
l   1.基坑邊坡設(shè)計(jì)；
l   2.土釘墻設(shè)計(jì)；
l   3.板式圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括板樁、水泥土圍護(hù)結(jié)構(gòu)、排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻和拱圈式圍護(hù)結(jié)構(gòu)；
l   4.內(nèi)支撐體系設(shè)計(jì)；
l   5.錨桿體系設(shè)計(jì)。
基坑邊坡設(shè)計(jì)
l      對(duì)于適宜于放坡的基坑，其坡度可參考同類土的穩(wěn)定坡度確定；對(duì)于土質(zhì)比較均勻的基坑邊坡，也可按下表的要求確定開挖放坡坡度及坡高，以確保基坑的穩(wěn)定性與安全。當(dāng)采用分級(jí)放坡開挖時(shí)，應(yīng)設(shè)置分級(jí)過渡平臺(tái)。對(duì)于深度大于5m的土質(zhì)邊坡，各級(jí)過渡平臺(tái)的寬度宜取為1.0～1.5m，小于5m坡高的土質(zhì)邊坡可不設(shè)過渡平臺(tái)。
l   基坑邊坡設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足沿最危險(xiǎn)圓弧滑裂面破壞的整體穩(wěn)定性的要求，一般在坡面還要進(jìn)行保護(hù)性處理，以免施工活動(dòng)對(duì)邊坡土體的擾動(dòng)及地表水和降水等因素對(duì)邊坡的浸蝕和沖刷導(dǎo)致邊坡破壞。保護(hù)處理的方法有水泥抹面、鋪塑料布或土工布、掛網(wǎng)噴水泥漿、噴射混凝土護(hù)面等。
l   對(duì)于較高坡面的下段，或坡腳下土層含有軟弱下臥層或砂層時(shí)，可對(duì)土體采取加固措施，如土釘支護(hù)、螺旋錨、噴錨等，或采取適當(dāng)?shù)钠履_地基加固措施，如在坡腳堆砌草袋或土工布砂土袋以及切筑磚石砌體等，以免出現(xiàn)坡腳失穩(wěn)或流砂。
土釘支護(hù)設(shè)計(jì)
l   隨基坑逐層開挖，在邊坡上以較密排列（上下左右）打入土釘（鋼筋）以強(qiáng)化受力土體，并在土釘坡面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)分層噴射混凝土，從而實(shí)現(xiàn)擋土護(hù)坡的功能，這就是土釘支護(hù)，也稱土釘墻，
設(shè)計(jì)原則與構(gòu)造要求
l   1．一般用于基坑開挖深度在15m以內(nèi)的邊坡，坡角為70～90°；
l   2．土釘長(zhǎng)度一般為開挖深度的0.5~1.2倍，其間距宜取1～2m，土釘與水平面夾角宜取10～20；
l   3．為保證土釘與護(hù)坡面層的有效連接，常設(shè)有承壓板和加強(qiáng)鋼筋；
l   4．土釘一般采用Ⅱ級(jí)以上螺紋鋼筋，鋼筋直徑為φ16～φ32 mm，鉆孔直徑為φ70～φ120 mm；
l   5．噴射混凝土面層厚度一般為80~200 mm，鋼筋網(wǎng)采用Ⅰ級(jí)鋼筋φ6～φ10 mm，間距為150~300 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20；
l   6．注漿材料宜采用水泥凈漿，強(qiáng)度不低于20Mpa。
土釘設(shè)計(jì)
l   1．邊坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面計(jì)算，以確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的位置，便于布置土釘，計(jì)算時(shí)可以允許安全系數(shù)小于1.0 。
l   2．土釘抗拔驗(yàn)算
圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
l   水泥攪拌樁重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括圍護(hù)墻幾何尺寸的確定、水泥攪拌樁體的布置及截面驗(yàn)算等。
l   （一）水泥攪拌樁墻體尺寸
l       水泥攪拌樁墻體的深度和寬度一般根據(jù)基坑的開挖深度、土質(zhì)條件按經(jīng)驗(yàn)規(guī)則選用：坑底以下的插入深度D=（0.8~1.2）H，墻體寬度B=（0.6~1.0）H，（H為基坑的開挖深度）。然后經(jīng)基坑整體穩(wěn)定性、坑底隆起穩(wěn)定性、抗?jié)B流穩(wěn)定性驗(yàn)算確定基坑底面下的插入深度，由抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算確定寬度。
l   （二）水泥攪拌樁體的布置形式
l      目前，施工單位基本上都是使用SJB-1型和仿SJB-1型雙軸攪拌機(jī)，每軸直徑700mm、雙軸中心距500mm，形成了寬700mm、長(zhǎng)1200mm的“∞”形加固截面，因此水泥土圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面就是由眾多“∞”形單元組成。用于基坑圍護(hù)的水泥土加固體的斷面主要采用了格柵式布置，常用的格柵式斷面形式見圖。
截面驗(yàn)算
l   上海市標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定驗(yàn)算坑底標(biāo)高處的應(yīng)力，驗(yàn)算的要求是截面外側(cè)的邊緣應(yīng)力大于零，即不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力；內(nèi)側(cè)的邊緣應(yīng)力應(yīng)符合下式：
l   行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑深基坑工程技術(shù)規(guī)范》則提出了任意斷面的墻身應(yīng)力驗(yàn)算要求，規(guī)定最小邊緣應(yīng)力必須大于零，即不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力；任意斷面的最大邊緣應(yīng)力由下式計(jì)算：
關(guān)于構(gòu)造和材料的規(guī)定
l       為了增強(qiáng)水泥土攪拌樁墻體的整體性，攪拌樁之間的搭接不小于200mm。并通常在頂部設(shè)置鋼筋混凝土的壓頂圈梁，也稱為壓板。其厚度一般為0.2m ,寬度至少與墻身的寬度一致，也可以與坑外的施工道路的路面連成整體。圈梁與水泥攪拌樁之間用插筋連接，插筋直徑不小于12mm，插入攪拌樁頂?shù)纳疃炔恍∮?.0m，每根攪拌樁中部設(shè)置一根插筋，并與壓板的水平筋綁扎。
l    水泥土中的水泥摻量不宜小于15%，水泥標(biāo)號(hào)不低于425號(hào)。水泥土28天齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不宜低于1MPa。
板樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
l    板樁是最早使用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，包括鋼板樁和鋼筋混凝土板樁。預(yù)制的板樁施工方便，工期短；材料質(zhì)量可靠，在軟弱土層中施工速度快，并具有較好的止水性，可以拔出回收多次重復(fù)使用，降低成本等優(yōu)點(diǎn)。但因板樁的剛度比較小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形比較大，只適用于開挖深度不深的基坑，也不適宜應(yīng)用于變形控制嚴(yán)格的基坑；鋼板樁拔出時(shí)又會(huì)產(chǎn)生附加的變形，不利于環(huán)境保護(hù)。
鋼板樁
l   鋼板樁是帶鎖口的熱軋型鋼，鋼板樁靠鎖口或鉗口相互連接咬合，形成連續(xù)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)來擋土止水功能。
排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
l      排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要指采用鉆孔灌注樁或人工挖孔樁組成的墻體。與地下連續(xù)墻相比，其優(yōu)點(diǎn)在于施工工藝簡(jiǎn)單，成本低，平面布置靈活；缺點(diǎn)是防滲和整體性較差。對(duì)于地下水位較高的地區(qū)，排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)必須與止水帷幕相結(jié)合使用，在這種情況下，防水效果的好壞，直接關(guān)系到基坑工程的成敗，須認(rèn)真對(duì)待。
l   樁排式圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在肯定總體方案的前提下進(jìn)行，此時(shí)，挖土、圍護(hù)型式、支撐布置、降水等問題都已確定，圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是確定圍護(hù)樁的長(zhǎng)度、直徑、排列以及截面配筋，對(duì)于坑內(nèi)降水的基坑，還要設(shè)計(jì)止水帷幕。
圍護(hù)樁的布置和材料
l      1．材料：鉆孔灌注樁通常采用水下澆筑混凝土的施工工藝，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20（常取C30），所用水泥通常為425#或525#普通硅酸鹽水泥。鋼筋采用I級(jí)圓鋼和II級(jí)螺紋鋼。
l      2．樁體布置：如圖所示，當(dāng)基坑不考慮防水（或已采取了降水措施時(shí)），樁體可按一字形間隔排列或相切排列，間隔排列的間距常取2.5~3.5倍的樁徑，土質(zhì)較好時(shí)，可利用樁側(cè)“土拱”作用適當(dāng)擴(kuò)大樁距；當(dāng)基坑需考慮防水時(shí)，可按一字形搭接排列，也可按間隔或相切排列，外加防水帷幕。
l   3．防滲措施：鉆孔灌注樁排樁墻體防滲可采取兩種方式：一是將鉆孔樁體相互搭接，二是另增設(shè)防水抗?jié)B結(jié)構(gòu)。前一種方式對(duì)施工要求較高，且由于樁位，樁垂直度等的編差所引志的墻體滲漏水仍難以完全避免，所以在水位較高的軟土地區(qū)，一般采用后一種方式，此時(shí)，樁體間可留100~150mm施工間隙。具體的防滲止水方法主要有：① 樁間壓密注漿；② 樁間高壓旋噴；③ 水泥攪拌樁墻。
確定圍護(hù)樁的幾何尺寸
l   1.  圍護(hù)樁的長(zhǎng)度
l   圍護(hù)樁的長(zhǎng)度由基坑底面以上部分和以下部分組成，基坑底面以下部分稱為插入深度。插入深度取決于基坑開挖深度和土質(zhì)條件，所確定的插入深度應(yīng)滿足基坑整體穩(wěn)定、抗?jié)B流穩(wěn)定、抗隆起穩(wěn)定以及圍護(hù)墻靜力平衡的要求。設(shè)計(jì)時(shí)，先按經(jīng)驗(yàn)選用，然后進(jìn)行各種驗(yàn)算。
l   2. 圍護(hù)樁的直徑
l   圍護(hù)樁的直徑也取決于開挖深度和土質(zhì)條件，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用。
l   在鉆孔灌注樁合理使用的開挖深度范圍內(nèi)，樁徑變化范圍從800~1100mm；對(duì)于開挖深度在10m以內(nèi)的基坑，樁徑一般不超過900mm；開挖深度大于11m的基坑，樁徑一般不小于1000mm。
l   3．排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)的折算厚度
l      排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)雖由單個(gè)樁體組成，但其受力形式與地下連續(xù)墻類似。分析時(shí)，可將樁體與壁式地下連續(xù)墻按抗彎剛度相等的原則等價(jià)為一定厚度的壁式地下墻進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，稱之為等剛度法。
l   若采用一字相切排列，t<<d，則h=0.838d。這樣，即可按厚度為h的壁式地下墻計(jì)算出每延米墻之內(nèi)力、及位移，然后利用下式換算得相應(yīng)單樁的內(nèi)力、及位移，由此，可按鋼筋混凝土圓形截面構(gòu)件進(jìn)行配筋。
樁身的構(gòu)造與配筋
l      樁身縱向受力主筋一般要求沿圓截面周邊均勻布置，最小配筋率為0.42%且不少于6根，主筋保護(hù)層不應(yīng)小于50mm。箍筋宜采用φ6～8螺旋箍筋，間距一般為200～300mm，每隔1500～2000mm應(yīng)布置一根直徑不小于12mm的焊接加強(qiáng)箍筋，以增強(qiáng)鋼筋籠的整體剛度，有利于鋼筋籠吊放和水下澆灌混凝土。鋼筋籠底端一般距離孔底200～500mm。
l    樁身縱向鋼筋應(yīng)按基坑開挖各階段與地下室施工期間各種工況下樁的彎矩包絡(luò)圖配筋，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件或其它因素復(fù)雜時(shí)也可按最大彎矩通長(zhǎng)配筋。
l    1.  樁身作為一個(gè)構(gòu)件，配筋應(yīng)滿足截面承載力的要求。樁身截面的內(nèi)力主要由土壓力產(chǎn)生的，計(jì)算土壓力的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)值，因此求得的樁身內(nèi)力也是標(biāo)準(zhǔn)值。但截面承載力是由混凝土規(guī)范所提供的混凝土和鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值組成的。這就使得設(shè)計(jì)表達(dá)式兩側(cè)的設(shè)計(jì)變量的性質(zhì)不一致，必須加以調(diào)整。
l   2.計(jì)算樁身內(nèi)力時(shí)一般按平面問題處理，求得的是每延米圍護(hù)墻的內(nèi)力。但樁身截面配筋是按每根樁計(jì)算的，這里有一個(gè)內(nèi)力數(shù)值的換算問題，即將每延米的內(nèi)力換算為每根樁的內(nèi)力。設(shè)樁徑為d，樁的間距為t，則每根樁的內(nèi)力等于每延米的內(nèi)力乘以（d+t），計(jì)算時(shí)（d+t）以m計(jì)。
l   3.  當(dāng)有可靠措施保證鋼筋籠的正確方位時(shí)可按彎矩方向采用沿圓周非均勻分布形式配筋；但無可靠措施保證時(shí)，宜采用沿圓周均勻配筋以保證安全。
防滲帷幕設(shè)計(jì)
l     防滲帷幕設(shè)計(jì)時(shí)，帷幕的插入深度應(yīng)滿足防滲穩(wěn)定性驗(yàn)算的要求，帷幕的插入深度可以與鉆孔灌注樁的深度不同；當(dāng)深層有不透水層或弱透水層時(shí)，防滲帷幕宜深入不透水層或弱透水層一定深度，以提高防滲效果。防滲帷幕的厚度不作計(jì)算，一般取單排攪拌樁。防滲帷幕的效果主要取決于施工的質(zhì)量，包括攪拌的均勻程度和接頭的搭接程度，在設(shè)計(jì)文件中應(yīng)對(duì)施工提出要求。
地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)
l   地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)包括墻的入土深度、墻的厚度、槽段的分段、接頭設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
l   地下連續(xù)墻的插入深度按圍護(hù)結(jié)構(gòu)的靜力平衡條件確定，并分別按基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算及墻體變形控制要求進(jìn)行校核?；臃€(wěn)定性驗(yàn)算方法和墻身內(nèi)力、變形計(jì)算方法均與排樁式圍護(hù)結(jié)構(gòu)相同，通常采用桿系有限元法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形；
l   地下連續(xù)墻兼有擋土和防滲兩個(gè)功能，故驗(yàn)算基坑穩(wěn)定性時(shí)，同時(shí)考慮保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和滿足防滲兩方面的要求。墻身設(shè)計(jì)時(shí)亦需同時(shí)考慮這兩方面的要求，既滿足墻身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，也要滿足墻身及接頭防滲的要求。
墻的厚度及槽段劃分
l    地下連續(xù)墻的厚度應(yīng)由計(jì)算確定，并與成槽機(jī)的能力相適應(yīng)。一般情況下現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的厚度可選用600～1000mm；預(yù)制鋼筋混凝土地下連續(xù)墻的厚度不宜大于500mm。
l    地下連續(xù)墻單元槽段的平面性狀和槽段長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)墻體受力情況、施工條件和環(huán)境條件而定。平面性狀根據(jù)需要選用一字形、L形、T形或折線形等；單元槽段長(zhǎng)度在保證槽壁穩(wěn)定和滿足施工設(shè)備能力的條件下，宜盡量采用較大的槽段長(zhǎng)度，一般可取6~8m。
接頭設(shè)計(jì)
l   地下連續(xù)墻施工要?jiǎng)澐謫卧鄱?，槽段之間就有接頭，這種接頭是施工時(shí)必須有的，稱之為施工接頭，常用的有鎖口管接頭和接頭箱接頭。另一種是在地下墻完成后與梁板柱的接頭是為結(jié)構(gòu)接頭，常用的方法有預(yù)埋連接鋼筋法、預(yù)埋連接鋼板法和預(yù)埋剪力連接件法。劃分單元槽段時(shí)必須考慮槽段之間的接頭位置，以保證地下連續(xù)墻的整體性。
l   一般情況下，接頭的位置要避免設(shè)在轉(zhuǎn)角以及墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連接處。對(duì)接頭的要求：
l   1．不能妨礙下一單元槽段的挖掘；
l   2．能傳遞單元槽段之間的應(yīng)力，起到伸縮接頭的作用；
l   3．混凝土不得從接頭下端流向背面，也不得從接頭構(gòu)造物與槽壁之間流向背面；
l   4．在接頭表面上不應(yīng)粘附沉渣或變質(zhì)泥漿的膠凝物，以免造成強(qiáng)度降低或漏水；
l   5．造價(jià)便宜。
l   地下連續(xù)墻槽段之間的施工接頭的構(gòu)造應(yīng)便于施工，一般可采用不傳遞應(yīng)力的普通接頭；在下列情況時(shí)，應(yīng)采用專門接頭：
l   1.  當(dāng)防水要求較高時(shí)應(yīng)采用防水接頭；
l   2. 當(dāng)接頭間需要傳遞面內(nèi)剪力時(shí)，可采用帶穿孔的十字鋼板抗剪接頭；
l   3. 當(dāng)接頭間要求傳遞面外剪力或彎矩時(shí)，可采用帶端板的鋼筋搭接接頭，將地下連續(xù)墻連成整體；
地下連續(xù)墻的配筋與構(gòu)造
l   地下連續(xù)墻的受力鋼筋應(yīng)采用II級(jí)鋼筋，直徑不宜小于16mm，構(gòu)造鋼筋可采用I級(jí)鋼筋，直徑不宜小于12mm；預(yù)制地下連續(xù)墻的構(gòu)造鋼筋直徑不宜小于10mm。
l   單元槽段的鋼筋籠應(yīng)裝配成一個(gè)整體。槽深小于30m的地下連續(xù)墻的鋼筋籠宜整幅起吊入槽；需要分段時(shí)，宜采用焊接接頭。接頭位置應(yīng)選在受力較小處。且宜相互錯(cuò)開，搭接長(zhǎng)度不小于45d（d為鋼筋直徑）；當(dāng)在同一斷面搭接時(shí)，最小搭接長(zhǎng)度為70d，且不小于1.5m。
l   現(xiàn)澆地下連續(xù)墻主筋的凈保護(hù)層厚度不應(yīng)小于70mm，預(yù)制地下連續(xù)墻主筋凈保護(hù)層厚度不應(yīng)小于30mm。
l   地下連續(xù)墻內(nèi)預(yù)埋的與主體結(jié)構(gòu)水平構(gòu)件主筋連接的鋼筋應(yīng)采用I級(jí)鋼筋，直徑不宜大于25mm，間距不小于150mm，鋼筋板直后不得留有硬彎。
l   鋼筋籠端部與接頭管或相鄰槽段混凝土接觸面之間應(yīng)留有間隙，一般不大于150mm，鋼筋籠下端500mm長(zhǎng)度范圍內(nèi)宜按1:10收成閉合狀。
l   鋼筋籠下端與槽底之間宜留有不小于500mm的間隙。
l   當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻的支撐體系不設(shè)圍檁時(shí)，墻體的橫向配筋應(yīng) 適當(dāng)加強(qiáng)，其與支撐的接觸部位應(yīng)滿足抗沖切要求。
l   地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的墻頂通常設(shè)置鋼筋混凝土圈梁，圍檁可采用鋼筋混凝土與型鋼結(jié)構(gòu)。頂圈梁和圍檁都必須與地下連續(xù)墻可靠固定。
l   地下連續(xù)墻墻體混凝土的抗?jié)B等級(jí)應(yīng) 根據(jù)最大作用水頭與地下連續(xù)墻厚度之比按表27-10選用；當(dāng)墻段之間的接縫不設(shè)止水帶時(shí)，應(yīng)選用鎖口圓弧形、槽形或V型等防滲止水接頭，其接頭面必須嚴(yán)格清刷。